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1、v了解数据的机器编码、微型计算机系统的了解数据的机器编码、微型计算机系统的组成、存储系统的组织结构、基本的输入组成、存储系统的组织结构、基本的输入/ /输出系统、计算机系统的分类、多核技输出系统、计算机系统的分类、多核技术、高性能计算机、并行计算机、网络计术、高性能计算机、并行计算机、网络计算机、分布式系统。算机、分布式系统。v掌握数值数据的表示和计算、非数值数据掌握数值数据的表示和计算、非数值数据的编码。的编码。目目 录录 2.1 数值数据数值数据 2.2 非数值数据非数值数据 2.3 数据的机器编码数据的机器编码 2.4 数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 2.5 微型计算机系统的组成微
2、型计算机系统的组成 2.6 存储系统的结构存储系统的结构 2.7 输入输入/输出系统输出系统 2.8 多核技术多核技术 2.9 高性能计算机高性能计算机 2.10 并行计算机并行计算机 2.11 分布式系统分布式系统日常生活中常用十进制数、十二进制日常生活中常用十进制数、十二进制( (时钟时钟) )。在计算机内所有的数据都是以在计算机内所有的数据都是以二进制二进制代码的形式代码的形式存储、处理和传送存储、处理和传送物理上实现简单物理上实现简单可方便的表示逻辑值，进行逻辑运算可方便的表示逻辑值，进行逻辑运算二进制运算规则简单二进制运算规则简单2.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换在计算
3、机内所有的数据都是以在计算机内所有的数据都是以二进制二进制代码的形式代码的形式存储、处理和传送存储、处理和传送在输入在输入/ /输出或书写时，为了用户的方便，也经输出或书写时，为了用户的方便，也经常用到常用到八进制八进制和和十六进制十六进制。2.1 数值数据数值数据42101010522A 常用数制常用数制 十进制：十进制： 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9组成组成 二进制：由二进制：由0，1组成组成 八进制：由八进制：由0，1，2，3，4，5，6，7 组成组成 十六进制：十六进制：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F组成组成 数制是以表示数值所用的数字符数制是
4、以表示数值所用的数字符号的个数来命名的，并按一定进位规号的个数来命名的，并按一定进位规则进行计数的方法。则进行计数的方法。数制数制基数基数R R位权位权R Rk k表示表示数码数码进位规则进位规则10k :1010，10，10，十进制数十进制数0910逢十进一逢十进一二进制数二进制数0122 2k k:2:2，2，2，逢二进一逢二进一八进制数八进制数0788 8k k:8:8，8，8，逢八进一逢八进一十六进制数十六进制数09,AF161616k k:16:16，16，逢十六进一逢十六进一十进制：十进制：4956= 4 10+9 10 +5 10+6 10二进制：二进制：1011B=1 2+0
5、2 +1 2+1 2十六进制：十六进制：81AEH=8 16+1 16 +10 16+14 1633198八进制：八进制：4275O=4 8+2 8 +7 8+5 82237下标法：用小括号将所表示的数括起来，下标法：用小括号将所表示的数括起来，然后在右括号右下角写上数制的基然后在右括号右下角写上数制的基R R。字母法：在所表示的数的末尾写上相应数字母法：在所表示的数的末尾写上相应数制字母。制字母。(123.45)10123.45D进制的简化符号进制的简化符号 进进 制制 符符 号号 数数 码码二二 进进 制制 B(Binary) 01八八 进进 制制 O (Octal) 07十十 进进 制制
6、 D(Decimal) 09十六进制十六进制H(Hexadecimal)09,AF2.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制0000000010001011200100223001103340100044501010556011006670111077810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F772523F5808610112 28 8101016161.1.请问下列数可能是几进制的？请问下列数可能是几进制的？练练 习习8 81010161
7、6161610101616 2.下列不同的四个进制数中最大的一个数是：下列不同的四个进制数中最大的一个数是：A.110BB.110OC.110HD.110D C 下列不同的四个进制数中最大的一个下列不同的四个进制数中最大的一个数是：数是：（11011001）2 （75）10 （137）8 （A7）16统一进制统一进制其它进制转换为十进制其它进制转换为十进制 二进制与八进制、十六进制的相互转换二进制与八进制、十六进制的相互转换 十进制数转换为其它进制数十进制数转换为其它进制数2.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换其它进制转换为十进制其它进制转换为十进制方法：方法：按权相加按权相加 例例
8、1 1：将二进制数：将二进制数1101.1011101.101转换为十进制数转换为十进制数 (1011.101)2=123+022+121+120+12-1+02-2+12-3=8+0+2+1+0.5+0+0.125=11.6252.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换例例2 2：将十六进制数：将十六进制数2AE.42AE.4转换为十进制数转换为十进制数解：解： 2AE.4H=2162+10161+14160+416-1 =512+160+14+0.25 =686.25 2.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换 下列不同的四个进制数中最大的一个下列不同的四个进制数中最大的一个数
9、是：数是：（11011001）2 （75）10 （137）8 （A7）16A2177595167v十进制数转换为二进制数或十六进制数十进制数转换为二进制数或十六进制数整数部分：除基数取余整数部分：除基数取余, ,倒排倒排小数部分：乘基数小数部分：乘基数顺取顺取整整2.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换例例1 1：将十进制整数：将十进制整数(105)(105)1010转换为二进制整数转换为二进制整数解：解： 2 105 2 52 余数为余数为1 2 26 余数为余数为0 2 13 余数为余数为0 2 6 余数为余数为1 2 3 余数为余数为0 2 1 余数为余数为1 0 余数为余数为1
10、 所以，（所以，（105）10（1101001）22.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换高位高位低位低位(0.375)D=(0.011)B乘积的小数部分乘积的小数部分一直不为一直不为0?例例2：将十进制小数：将十进制小数(0.375)10转换为二进制小数转换为二进制小数乘积的小数部分乘积的小数部分一直不为一直不为0?2.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换要把十进制转换为十六进制进制，整数部分要把十进制转换为十六进制进制，整数部分不断除以不断除以16，并记下余数，直到商为，并记下余数，直到商为0；小数部分；小数部分不断乘以不断乘以16，记下整数部分，直到结果的小数部，记下整数
11、部分，直到结果的小数部分为分为0。十进制转换为八进制与转换为二进十进制转换为八进制与转换为二进制方法相同，只是乘以制方法相同，只是乘以/除以除以8 例：例：N48956.812D 48956/16 =3059 (a0=12) 3059/16=191 (a1=3) 191/16=11 (a2=15) 11/16=0 (a3=11) 所以整数部分所以整数部分48956DBF3CH； 0.8121612.992 (b1=12) 0.99216=15.872 (b2=15) 0.87216=13.952 (b3=13) 小数部分小数部分0.812D=0.CFDH；48956.8125DBF3C.CFD
12、H 二进制数与八进制数相互转换二进制数与八进制数相互转换 二进制转换为八进制二进制转换为八进制:整数整数部分部分从右向左从右向左，每每3 3位一组（不足位一组（不足3 3位左补位左补0 0），），小数小数部分部分从从左向右左向右，每，每3 3位一组（不足位一组（不足3 3位右补位右补0 0） ，转，转换成八进制换成八进制 ex: 10 011 101.110 10002 3 5 . 6 4000 0001 1010 2011 3100 4101 5110 6111 72.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换 二进制数与八进制数相互转换二进制数与八进制数相互转换 八进制转换为二进制八进制
13、转换为二进制:每一位八进制数展开每一位八进制数展开为三位二进制数为三位二进制数ex: (3 2 7 . 4 5)o (011 010 111 . 100 101)B2.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换 二进制数与十六进制数相二进制数与十六进制数相互转换互转换 二进制转换为十六进制二进制转换为十六进制:整整数数部分从右向左，每部分从右向左，每4 4位一位一组（不足组（不足4 4位左补位左补0 0），），小数小数部分从左向右，每部分从左向右，每4 4位一组位一组（不足（不足4 4位右补位右补0 0） ，转换，转换成十六进制成十六进制 十六进制转换为二进制：十六进制转换为二进制：每每一位
14、十六进制数展开为一位十六进制数展开为4位位二进制数二进制数0000 00001 10010 20011 30100 40101 50110 60111 71000 81001 91010 A1011 B1100 C1101 D1110 E1111 F2.1.1 数的表示及数制转换数的表示及数制转换 ex：二进制转换为十六进制：二进制转换为十六进制 10 0110 1110.1010 11000026E .AC ex：十六进制转换为二进制：十六进制转换为二进制 ( 2 F 0 . 3 C )H (0010 1111 0000 . 0011 1100)B 下列不同的四个进制数中最大的一个下列不同的
15、四个进制数中最大的一个数是：数是：（11011001）2 （75）10 （137）8 （A7）16A11011001010010110101111110100111练练 习习4.4.请计算下列数制转换值。请计算下列数制转换值。2343= O= H= B100001111101B= O= D= H2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码v真值与机器数真值与机器数机器数机器数是指数在计算机中的表示形式，为了表示通常是指数在计算机中的表示形式，为了表示通常的数与机器数的对应关系，将通常的数称为机器数的的数与机器数的对应关系，将通常的数称
16、为机器数的真值真值。因此，在计算机中只有机器数，不存在数的真。因此，在计算机中只有机器数，不存在数的真值。值。 例如，两个数例如，两个数N1和和N2的真值分别为：的真值分别为： N11101010 N21011100 则所对应的机器数分别为：则所对应的机器数分别为： N1：01101010 N2：110111002.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码v溢出溢出当一个数的二进制位数确定后，其表示范围也当一个数的二进制位数确定后，其表示范围也就确定了，如果一个数超出了这个范围，这种就确定了，如果一个数超出了这个范围，这种现象称为现象称为溢出溢出。如如16位二进制数表示的正整数范围为位
17、二进制数表示的正整数范围为065535上溢上溢：超出表示范围的上界，上溢时计算机将：超出表示范围的上界，上溢时计算机将不能进行运算；不能进行运算；下溢下溢：超出表示范围的下界，下溢时计算机将：超出表示范围的下界，下溢时计算机将该数作为零来处理。该数作为零来处理。2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码v原码：一个二进制数，最高位表示数的符号原码：一个二进制数，最高位表示数的符号（0 0正，正，1 1负），其余各位表示数值本身。负），其余各位表示数值本身。一般方法：对于最左边的符号，如果是正一般方法：对于最左边的符号，如果是正数，则原码的符号位为数，则原码的符号位为0，如果是负数，如
18、果是负数，则原码的符号位为则原码的符号位为1，然后其余数值位不，然后其余数值位不变写到符号右边。变写到符号右边。2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码例：求例：求1011，1011，0.1011,0.1011的原码的原码(1011)原原= (1011 )原原=(0.1011)原原=(0.1011 )原原=如何表示零？如何表示零？0原原00000000，0原原10000000 01011110110.10111.1011 原码的特点：原码的特点：数的原码与真值之间的关系较简单，与真值的数的原码与真值之间的关系较简单，与真值的转换方
19、便转换方便适于作乘除运算适于作乘除运算在机器中进行加减法运算时比较复杂在机器中进行加减法运算时比较复杂2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码零的表示不惟一，从而给机器判零带来困难。零的表示不惟一，从而给机器判零带来困难。 v反码：一个二进制数，若以反码：一个二进制数，若以2 2n n-1-1为模，它为模，它的补码称为反码的补码称为反码一般方法：对于最左边的符号，如果是一般方法：对于最左边的符号，如果是正数，则反码的符号位为正数，则反码的符号位为0，其余数值位，其余数值位不变不变;如果是负数，则反码的符号位为如果是负数，则反码的符号位为1，然后其余数值位按位取反。然后其余数值位按位
20、取反。2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码例：求例：求1011，1011，0.1011,0.1011的反码的反码(1011)反反=(1011 )反反=(0.1011)反反=(0.1011 )反反=01011101000.10111.0100如何表示零？如何表示零？0反反00000000，0反反11111111反码的特点：反码的特点：进行加减运算时，若在最高位有进位，则进行加减运算时，若在最高位有进位，则要在最低位要在最低位1，此时要多进行一次加法运，此时要多进行一次加法运算，增加了复杂性，又影响了速度，因此算，增加了复杂性，又
21、影响了速度，因此很少使用。很少使用。2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码v补码：一个二进制数，若以补码：一个二进制数，若以2 2n n为模，它的为模，它的补码称为补码补码称为补码一般方法：对于最左边的符号，如果是一般方法：对于最左边的符号，如果是正数，补码的符号位为正数，补码的符号位为0，其余数值位不，其余数值位不变变;如果是负数，则补码的符号位为如果是负数，则补码的符号位为1，然，然后其余数值位按位取反后加后其余数值位按位取反后加1。2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码
22、、反码和补码例：求例：求1011，1011，0.1011,0.1011的补码的补码(1011)补补=(1011 )补补=(0.1011)补补=(0.1011 )补补=(1011 )反反=10100(0.1011 )反反=1.010001011101010.10111.01012.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码如何表示零？如何表示零？0补补00000000，0补补0反反1111111111000000000在负数轴方向上补码表示范围比原码增大了在负数轴方向上补码表示范围比原码增大了一个单位。一个单位。 补码的特点：补码的特点：无溢出的情况下，补码的运算简单，能无溢出的情况下，补
23、码的运算简单，能获得正确结果。获得正确结果。与原码相比较，补码在正数轴方向上表与原码相比较，补码在正数轴方向上表示数的范围与原码相同，但在负数轴方示数的范围与原码相同，但在负数轴方向上补码表示范围比原码增大了一个单向上补码表示范围比原码增大了一个单位。位。2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码(01011001)补补)补补(10101011)补补)补补X补补补补=X 对于正数，其原码、反码和补码是相同的，对于正数，其原码、反码和补码是相同的，而对于负数则不同。在求负数反码的时候，而对于负数则不同。在求负数反码的时候，除了符号位外，其余各位按位取反，即除了符号位外，其余各位按位取反
24、，即“1”1”都替换成都替换成“0”0”，“0”0”替换成替换成“1”1”。负数。负数的补码是其反码加的补码是其反码加1 1。 例如，例如， +75+75的二进制机器表示为：的二进制机器表示为： -75 -75 表示成原码表示成原码 ： 反码反码 ： 补码补码 ：0 10010111 10010111 01101001 01101012.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码 3种码制的比较种码制的比较相同点相同点解决数值数据的符号在机器中的表示。解决数值数据的符号在机器中的表示。最高位都表示符号位。最高位都表示符号位。不同点不同点原码的符号位和数值位必须分开进行运算。原码的符号位和
25、数值位必须分开进行运算。原码和反码的零各自都有两种表示方法。原码和反码的零各自都有两种表示方法。当需要扩展代码字长时，采用的处理方法各不相同。当需要扩展代码字长时，采用的处理方法各不相同。原码和反码能表示的正数和负数的范围相对于零是对原码和反码能表示的正数和负数的范围相对于零是对称的，而补码的负数表示范围比正数表示范围要宽。称的，而补码的负数表示范围比正数表示范围要宽。2.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码 正正 数数负负 数数范围（范围（n位）位）正正0负负0原码原码0数值数值1绝对值绝对值-(-）-+(- )0000000010000000反码反码0数值数值1按位取反按位取反
26、-(-)-+(-)0000000011111111补码补码0数值数值1按位取反按位取反+1-(-)-+(-)00000000000000002.1.2 数的原码、反码和补码数的原码、反码和补码n位无符号的二进制整数可表示的范围为：位无符号的二进制整数可表示的范围为：0 2n-1n位有符号的二进制整数可表示的范围为：位有符号的二进制整数可表示的范围为：-2n-1 +(2n-1-1)2.1.3 定点数和浮点数定点数和浮点数 对于数值数据的小数点表示方法对于数值数据的小数点表示方法定点数定点数浮点数浮点数2.1.3 定点数和浮点数定点数和浮点数定点整数表示的数都是整数，而小数点则固定在定点整数表示的
27、数都是整数，而小数点则固定在数值位最低位之后。其格式为：数值位最低位之后。其格式为： 如果参加运算的数是小数，在送入计算机以前，如果参加运算的数是小数，在送入计算机以前，乘以一个比例因子，将其放大为整数。乘以一个比例因子，将其放大为整数。符号位符号位数值位数值位.假想小数点假想小数点2.1.3 定点数和浮点数定点数和浮点数 定点小数表示的数都是小数，而小数点在最左边符号位与定点小数表示的数都是小数，而小数点在最左边符号位与数值位之间。其格式为：数值位之间。其格式为：符号位符号位数值位数值位.假想小数点假想小数点 如果参加运算的数是大于等于如果参加运算的数是大于等于1 1的数，在送入计算机以前，
28、的数，在送入计算机以前，除以一个比例因子，将其缩小为小于除以一个比例因子，将其缩小为小于1 1的数。的数。 定点数的优点：计算简单方便，但需要对参加运算的数定点数的优点：计算简单方便，但需要对参加运算的数进行比例因子的计算，增加了额外的计算量。进行比例因子的计算，增加了额外的计算量。2.1.3 定点数和浮点数定点数和浮点数浮点数的统一格式：浮点数的统一格式：N=N=MRMRE EE：指数，阶码：指数，阶码M：有效数字或尾数：有效数字或尾数R：基数：基数101101.0101B10110101012-4 1011010.1012-1 10110101.012-2 101101010.12-3 0
29、.1011010101262.1.3 定点数和浮点数定点数和浮点数u规格化浮点数规格化浮点数尾数是纯小数，且小数点后面是尾数是纯小数，且小数点后面是1 1不是不是0 0阶码为整数（正整数或负整数）阶码为整数（正整数或负整数） 2.1.3 定点数和浮点数定点数和浮点数u浮点机器数浮点机器数存储格式存储格式 浮点机器数有两种浮点机器数有两种阶码和尾数采用相同的码制。阶码和尾数采用相同的码制。阶码和尾数采用不同的码制。阶码和尾数采用不同的码制。 阶符阶符 阶码阶码 尾符尾符 尾数尾数 2.1.3 定点数和浮点数定点数和浮点数例例1:1:设字长为设字长为1616位，其中阶符位，其中阶符1 1位，阶码位
30、，阶码4 4位，尾位，尾符符1 1位，尾数位，尾数1010位，要求将位，要求将X=X=101101.0101101101.0101写成写成规格化浮点补码数，阶码和尾数均用规格化浮点补码数，阶码和尾数均用补码补码表示。表示。 X=-101101.0101X=-101101.0101-0.1011010101-0.10110101012 26 6 0011010100101011 阶符阶符 阶码阶码 尾符尾符 尾数尾数 2.1.3 定点数和浮点数定点数和浮点数例例2:2:设阶码用设阶码用原原码表示，尾数用码表示，尾数用补补码表示，求下码表示，求下列机器数的真值。列机器数的真值。 解解:真值真值-0
31、.110110011122 0001010010011001 阶符阶符 阶码阶码 尾符尾符 尾数尾数 2.1.3 定点数和浮点数定点数和浮点数2.1.4 十进制数的编码十进制数的编码 常用的十进制数的编码方法有常用的十进制数的编码方法有BCDBCD码、余码、余3 3码、格雷码等。码、格雷码等。 BCDBCD编码方法编码方法非压缩非压缩BCDBCD码码压缩压缩BCDBCD码码8421BCD码与十进制数的转换码与十进制数的转换v8421BCD码与十进制数的转换码与十进制数的转换十进制数转换成十进制数转换成8421BCD8421BCD码的方法很简单，将每码的方法很简单，将每1 1位十进制数用位十进制
32、数用4 4位二进制数码表示即可。位二进制数码表示即可。例例2.16 将十进制数将十进制数578.43转换为转换为8421BCD码。码。 578.43=(0101 0111 1000.0100 0011)BCD。8421BCD码与十进制数的转换码与十进制数的转换v8421BCD码与十进制数的转换码与十进制数的转换8421BCD8421BCD码转换成十进制数就是将每码转换成十进制数就是将每4 4位二进制位二进制数用数用1 1位十进制数表示即可。位十进制数表示即可。例例2.17 将将8421BCD码码1001 1001 0111.0011 0110转转换为十进制数。换为十进制数。 (1001 100
33、1 0111.0011 0110)BCD=997.36。8421BCD码的格式码的格式v 8421BCD8421BCD码分为：码分为： (1) (1) 压缩压缩8421BCD8421BCD码码( (也叫组合的也叫组合的BCDBCD码码) ) 。每一位十进制数。每一位十进制数用用4 4位二进制数来表示，即一个字节表示位二进制数来表示，即一个字节表示2 2位十进制数。位十进制数。例如，压缩例如，压缩BCD码码(01100101)，表示为十进制数为，表示为十进制数为65。 (2) (2) 非压缩非压缩8421BCD8421BCD码码( (也叫非组合的也叫非组合的BCDBCD码、分离的码、分离的BCD
34、BCD码码) ) 。每一位十进制数用。每一位十进制数用8 8位二进制数来表示，即一个字节位二进制数来表示，即一个字节表示表示1 1位十进制数，且只用每个字节的低位十进制数，且只用每个字节的低4 4位来表示位来表示0 09 9，高高4 4位为不确定的数码。位为不确定的数码。例如，十进制数例如，十进制数65，用非压缩，用非压缩BCD码表示为：码表示为： (- 0110 - 0101)BCD，其中，其中“-”为不确定的数码。为不确定的数码。2.2 非数值数据非数值数据计算机中，除了对数值数据的处理外，还能处理计算机中，除了对数值数据的处理外，还能处理非数值数据，非数值数据有字符、声音、图形、非数值数
35、据，非数值数据有字符、声音、图形、图像等数据信息。图像等数据信息。由于计算机只处理二进制编码形式的数据，因此由于计算机只处理二进制编码形式的数据，因此非数值数据都必须转换为二进制表示的形式才能非数值数据都必须转换为二进制表示的形式才能提供给计算机进行处理。提供给计算机进行处理。英文字符的编码英文字符的编码 ASCIIASCII码码(American Standard Code for Information (American Standard Code for Information Interchange):Interchange):美国信息交换标准码，是微机中表示字符美国信息交换标准码，
36、是微机中表示字符的常用码制。最多可表示的常用码制。最多可表示128128种字符，其中包括种字符，其中包括1010个数字，个数字，2626个小写字母，个小写字母，2626个大写字母，以及各种运算符号和标点个大写字母，以及各种运算符号和标点符号。编码位符号。编码位0-310-31和和127127，是不可显示和打印的字符，称，是不可显示和打印的字符，称为控制码。为控制码。 占占7 7位，可扩充为位，可扩充为8 8位，当位，当D D7 7位为位为0 0，称为，称为基本基本ASCIIASCII码码，当，当D D7 7位为位为1 1，称为，称为扩充扩充ASCIIASCII码码。标准标准ASCII码表码表表
37、中各个标识含义表中各个标识含义NUL:空空 DLE:数据键换码数据键换码 SOH:标题开始标题开始DC1:设备控制设备控制1STX:正文开始正文开始 DC2:设备控制设备控制2ETX:正文结束正文结束DC3:设备控制设备控制3 EOT:传输结束传输结束DC4:设备控制设备控制4 ENG:询问询问 NAK:否定否定ACK:认可认可SYN:同步字符同步字符 BEL:报警报警(可听见声音可听见声音)ETB:信息组传送结束信息组传送结束 BS:退一格退一格 CAN:作废作废HT:横向制表横向制表 EM:纸尽纸尽 LF:换行换行SUB:减减VT:纵向制表纵向制表 ESC:换码换码FF:走纸控制走纸控制
38、FS:文字分隔符文字分隔符 CR:回车回车GS:组分隔符组分隔符 SO:移位输出移位输出 RS:记录分隔符记录分隔符SI:移位输入移位输入 US:单元分隔符单元分隔符 SP:空格空格 DEL:删除删除 汉字字符的编码汉字字符的编码汉字字符的编码汉字字符的编码v汉字编码分为机内码和机外码汉字编码分为机内码和机外码机内码是在计算机内部使用的用二进制代码机内码是在计算机内部使用的用二进制代码表示的汉字编码，用于在计算机内部存储、表示的汉字编码，用于在计算机内部存储、交换、处理加工汉字信息；交换、处理加工汉字信息；机外码是不在计算机内使用的汉字编码，主机外码是不在计算机内使用的汉字编码，主要是指汉字输
39、入码。此外还有供输出的汉字要是指汉字输入码。此外还有供输出的汉字字形点阵码。字形点阵码。汉字字符的编码汉字字符的编码GB2312GB2312国际编码国际编码汉字机内码汉字机内码汉字输入码汉字输入码汉字的输出码汉字的输出码国家根据汉字的常用程序定出了一级和二级汉字字符国家根据汉字的常用程序定出了一级和二级汉字字符集，并规定了编码，这就是中华人民共和国国家标准信息集，并规定了编码，这就是中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码，代号交换汉字编码，代号GB2312GB23128080，即国标码。共收录汉字，即国标码。共收录汉字和图形符号和图形符号74457445个：个：一般符号一般符号202个个序号序
40、号60个个数字数字22个个英文字母英文字母52个个日文假名日文假名169个个希腊字母希腊字母48个个俄文字母俄文字母66个个汉语拼音汉语拼音26个个汉语注音字母汉语注音字母37个个汉字汉字6763个，第一级个，第一级3755个，第二级个，第二级3008个个国标码国标码 机外码（输入码）机外码（输入码）：用户从键盘上输入汉字时用户从键盘上输入汉字时, , 用来代表汉字的字母数字串。常见的输入码编码方用来代表汉字的字母数字串。常见的输入码编码方案有区位码、拼音码、五笔字型码等等，用户可任案有区位码、拼音码、五笔字型码等等，用户可任选一种输入法。选一种输入法。 例：例： 国国 - guo- guo
41、智能全拼码智能全拼码 - lgyi- lgyi 五笔字型码五笔字型码 - 2590 - 2590 区位码区位码 输入的汉字由键盘管理程序转换成机内码，以输入的汉字由键盘管理程序转换成机内码，以便保存、显示、打印和传输。便保存、显示、打印和传输。内码内码 汉字在计算机中的存储、处理采用的是汉字内汉字在计算机中的存储、处理采用的是汉字内码。占两个字节，内码是将国标码的高、低位字码。占两个字节，内码是将国标码的高、低位字节的最高二进制位改为节的最高二进制位改为1 1，这主要是为了和，这主要是为了和ASCIIASCII代码区别代码区别。例如，例如，“中中”字的国标码为：字的国标码为：高位字节（区）高位
42、字节（区） 低位字节（位）低位字节（位） 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0112727=214字形码（输出码）字形码（输出码）：以点阵方式形成汉字，有以点阵方式形成汉字，有16161616点点阵、阵、24242424点阵、点阵、32323232点阵等点阵等, ,用于显示和打印汉字。点用于显示和打印汉字。点阵中每个点用一位二进制数表示。例如：阵中每个点用一位二进制数表示。例如：24242424点阵的字点阵的字形码，是一串形码，是一串242424=57624=576位的二进制数码，需要用位的二进制数码，需要用7272个字个字节表示。汉字字形码的集合成为汉字字库。节表示。汉字字
43、形码的集合成为汉字字库。 “ “英英”的字模点阵及编码的字模点阵及编码10032328=12800B2.2.2 声音的编码声音的编码 用计算机对音频信息处理，就要将模拟信号（如语音、用计算机对音频信息处理，就要将模拟信号（如语音、音乐等）转换成为数字信号。音乐等）转换成为数字信号。2.2.2 声音的编码声音的编码采样采样 每隔一定时间间隔对模拟波形上取一个幅度值。每隔一定时间间隔对模拟波形上取一个幅度值。量化量化 将每个采样点得到的幅度值以数字存储。将每个采样点得到的幅度值以数字存储。编码编码 将采样和量化后的数字数据以一定的格式记录下来。将采样和量化后的数字数据以一定的格式记录下来。 数字音
44、频的文件格式数字音频的文件格式 WaveWave格式文件（格式文件（. Wav. Wav） 记录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较记录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较大。大。 MIDIMIDI格式文件（格式文件（.MID.MID） 数字音乐的国际标准数字音乐的国际标准. . 记录的是音符数字，文记录的是音符数字，文件小。件小。 MPEGMPEG音频文件（音频文件（.MP1/.MP2/.MP3.MP1/.MP2/.MP3） 采用采用MPEGMPEG音频压缩标准进行压缩的文件。音频压缩标准进行压缩的文件。 2.2.3 图形数据的编码图形数据的编码 图形和图像图形和图像 图形：由点、线等组
45、成的有边界画面，文件中图形：由点、线等组成的有边界画面，文件中存放描述图形的指令。存放描述图形的指令。如如: line (x1, y1, x2, y2, color) Circle (x, y, r, color)2.2.3 图形数据的编码图形数据的编码 图形和图像图形和图像 图像：由图像设备输入的无边界画面，数字化后以位图像：由图像设备输入的无边界画面，数字化后以位图形式存储。图形式存储。常用图像文件格式常用图像文件格式 BMPBMP和和DIBDIB格式文件格式文件 与设备无关的位图格式文件，与设备无关的位图格式文件，WindowsWindows环境中经常使用。环境中经常使用。 GIFGIF
46、格式文件格式文件 InternetInternet上的重要文件格式之一，最大不超过上的重要文件格式之一，最大不超过64 KB64 KB，256256色以内，压缩比较高，与设备无关。色以内，压缩比较高，与设备无关。 JPEGJPEG格式文件（格式文件（.JPG.JPG） 利用利用JPEGJPEG方法压缩方法压缩, Internet, Internet上重要文件格式之一，用于上重要文件格式之一，用于处理处理256256色以上、大幅面图像。色以上、大幅面图像。 WMFWMF格式文件格式文件 位图与矢量图的混合体位图与矢量图的混合体, Windows, Windows中许多剪贴画图像。广中许多剪贴画图
47、像。广泛应用于桌面出版印刷领域。泛应用于桌面出版印刷领域。 冯冯诺伊曼体系结构诺伊曼体系结构 内存储器内存储器运算器运算器控制器控制器 输出设备输出设备输入设备输入设备 外存储器外存储器程序程序数据数据存数存数取数取数输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态数据数据交换交换计算结果计算结果计算机内部的信息分为两大类：计算机内部的信息分为两大类： 控制信息是指挥计算机如何操作的指令；控制信息是指挥计算机如何操作的指令； 数据信息是计算机加工的对象。数据信息是计算机加工的对象。存储程序存储程序方式方式：事先编制好程序（事先编制好程
48、序（由若干条由若干条指令组成指令组成）并将程序和数据存入计算机的存）并将程序和数据存入计算机的存储器中，计算机在运行时就能自动、连续地储器中，计算机在运行时就能自动、连续地从存储器中逐条取出指令并执行，因此，从存储器中逐条取出指令并执行，因此，计计算机的工作过程算机的工作过程就是运行程序的过程，就是运行程序的过程，也就也就是执行指令是执行指令的过程。的过程。 指令：指示计算机执行特定操作（告诉计算机做什么指令：指示计算机执行特定操作（告诉计算机做什么以及如何做）的命令，计算机的一条指令是计算机硬以及如何做）的命令，计算机的一条指令是计算机硬件可以执行的一步操作。件可以执行的一步操作。 操作码操
49、作码 地址码地址码指明要完成什指明要完成什么操作么操作 指明完成操作的数据存指明完成操作的数据存放的地址或操作数放的地址或操作数 操作码操作码第一操作数地址第一操作数地址第二操作数地址第二操作数地址 结果的地址结果的地址下地条指令地址下地条指令地址地址码地址码指令的执行过程指令的执行过程 控制器控制器 （2）分析指令）分析指令 （1）取指令）取指令读取读取运算器运算器（3）执行指令）执行指令执行执行内内 存存译码译码计算机指令系统计算机指令系统 ：计算机能够执行的全部指令：计算机能够执行的全部指令集合。集合。指指 加、减、乘、除、加、减、乘、除、 数据传送、数据传送、令令 移位移位 指令系统指
50、令系统 复杂指令集计算机（复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer ）CISC Pentium系列处理器系列处理器 精简复杂指令集计算机（精简复杂指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer ）RISC IBM公司开发的公司开发的PowerPC 内存管理单元、浮点单元等设计在同一块芯片上，设计内存管理单元、浮点单元等设计在同一块芯片上，设计比比CISC更简单更简单 使用相同芯片技术和运行时钟下，运行速度是使用相同芯片技术和运行时钟下，运行速度是CISC的的24倍倍2.4 数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 在计算机中
51、，所有的数据表示与运算都是用二进在计算机中，所有的数据表示与运算都是用二进制数进行的，而二进制数的处理基本电路是逻辑制数进行的，而二进制数的处理基本电路是逻辑门。早期的逻辑门是由分立元件构成，由于集成门。早期的逻辑门是由分立元件构成，由于集成电路技术的发展，如今逻辑门均已集成化而成为电路技术的发展，如今逻辑门均已集成化而成为集成逻辑门。集成逻辑门。 逻辑门是构成数字电路的基本单元，每一种逻辑逻辑门是构成数字电路的基本单元，每一种逻辑门的输入和输出之间有一定的逻辑关系。门的输入和输出之间有一定的逻辑关系。 所有的逻辑关系都可以由所有的逻辑关系都可以由“与与”、“或或”、“非非”3种基本的逻辑关系
52、来表示，而实现这些种基本的逻辑关系来表示，而实现这些基本逻辑关系的电路就是逻辑门，最基本的逻辑基本逻辑关系的电路就是逻辑门，最基本的逻辑门是门是“与与”门、门、“或或”门、门、“非非”门。门。 “与与”逻辑关系及逻辑关系及“与与”门门: 运算符号可以是运算符号可以是“”、“”、“”或或“AND”。 逻辑函数：逻辑函数： FAB “与与”门的逻辑符号：门的逻辑符号： “或或”逻辑关系及逻辑关系及“或或”门：运算符号可以是门：运算符号可以是“”、“”、“”或或“OR”。 逻辑函数：逻辑函数： FAB “或或”门的逻辑符号：门的逻辑符号： “非非”逻辑关系及逻辑关系及“非非”门门逻辑函数：逻辑函数：
53、 F “非非”门的逻辑符号：门的逻辑符号： “异或异或”逻辑关系及逻辑关系及“异或异或”门门逻辑函数：逻辑函数： “异或异或”门的逻辑符号：门的逻辑符号：ABFABFAFABF逻辑变量与函数逻辑变量与函数： 逻辑函数由逻辑变量逻辑函数由逻辑变量A、B、C、和算子和算子“”、“”、“”及括号、等号等构成及括号、等号等构成的一个表达式。例如：的一个表达式。例如： F=A+B G=AB 基本逻辑运算：基本逻辑运算： “与与”运算、运算、“或或”运算、运算、“非非”运算。运算。 逻辑代数的定理及常用公式逻辑代数的定理及常用公式（1 1）公理系统）公理系统公理公理1交换律：交换律：A+BB+A ABBA
54、公理公理2结合律：结合律： (A+B)+CA+(B+C) (AB)CA(BC)公理公理3分配律：分配律：A+(BC)(A+B)A+C) A(B+C)AB+AC公理公理401律：律：A+0A AlA A+11 A00公理公理5互补律：互补律：01AAAA（2 2）基本定理）基本定理定理定理1：0+00 1+010+111+11 000 100010 111推论：推论： 定理定理2：A+AAAAA定理定理3：A+ABAA(A+B)A 定理定理4： 1001BABAABABAA)(（2 2）基本定理）基本定理定理定理5： 定理定理6： 定理定理7： 定理定理8: AABABABABAABABAABA
55、BA)()(CABACBCABA（3 3）逻辑代数的重要规则）逻辑代数的重要规则对偶规则对偶规则 如果将逻辑函数表达式如果将逻辑函数表达式F F中所有的中所有的“”变变成成“”，“”变成变成“”“0”“0”变成变成“1”1”，“1”1”变成变成“0”0”，而逻辑变量保持不，而逻辑变量保持不变，则所得到的新逻辑表达式称为函数变，则所得到的新逻辑表达式称为函数F F的对的对偶式，记作偶式，记作FF )()(DBCAFDBCAF反演规则反演规则 如果将逻辑函数表达式如果将逻辑函数表达式F F中所有的中所有的“”变成变成“十十”，“”变成变成“”，“0”0”变成变成“1”1”，“1”1”变成变成“0”
56、0”，原，原变量变成反变量，反变量变成原变量，则所得到的新函数表变量变成反变量，反变量变成原变量，则所得到的新函数表达式为原函数达式为原函数F F的反函数的反函数 。 已知：已知： 根据规则得：根据规则得：代入规则代入规则 代入规则是指任何一个含有变量代入规则是指任何一个含有变量A A的逻辑等式，如果将的逻辑等式，如果将所有出现所有出现A A的位置都代之以同一个逻辑函数的位置都代之以同一个逻辑函数F F，则等式仍然成，则等式仍然成立立 。DCBAF)()(DCBAF逻辑表达式的化简逻辑表达式的化简 代数化简法代数化简法 运用逻辑代数的公理、定理和规则对逻辑函运用逻辑代数的公理、定理和规则对逻辑
57、函数进行化简数进行化简例例 = = 卡诺图化简法卡诺图化简法 最小项之和最小项之和 CBAABCBCAAB)(CABABCAB2.5 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 自计算机从自计算机从1946年产生以来，经过多年的努力，年产生以来，经过多年的努力，计算机技术已有了很大发展。计算机技术已有了很大发展。1981年年8月美国月美国IBM公司成功推出了公司成功推出了IBM PC(Personal Computer)微型计算机，这是一种面向个人用微型计算机，这是一种面向个人用户的微型计算机，故又称户的微型计算机，故又称PC。目前，人们常用。目前，人们常用的计算机绝大部分都是微型计算机。的计算
58、机绝大部分都是微型计算机。 图灵的基本思想图灵的基本思想所谓的图灵机就是指一个抽象的机器，它有一所谓的图灵机就是指一个抽象的机器，它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息己的内部状态查找程序表，
59、根据程序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。进行移动。 v图灵的基本思想图灵的基本思想 图灵的基本思想图灵的基本思想是用机器来模拟人们是用机器来模拟人们用纸笔进行用纸笔进行数学数学运算的过程，他把这样的运算的过程，他把这样的过程看作下列两种简单的动作：过程看作下列两种简单的动作：在纸上写上或擦除某个符号；在纸上写上或擦除某个符号；把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置。把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置。v而在每个阶段，人要决定下一步的动作，而在每个阶段，人要决定下一步的动作，依赖于此人当前所关注的纸上某个位置的依赖于此人当前所
60、关注的纸上某个位置的符号和此人当前思维的状态。符号和此人当前思维的状态。 图灵的基本思想图灵的基本思想这个机器的每一部分都是有限的，但它有一这个机器的每一部分都是有限的，但它有一个潜在的无限长的纸带，因此这种机器只是个潜在的无限长的纸带，因此这种机器只是一个理想的设备。图灵认为这样的一台机器一个理想的设备。图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任何计算过程。就能模拟人类所能进行的任何计算过程。 图灵机的变体图灵机的变体 图灵机有很多变种图灵机有很多变种，但可以证明这些变，但可以证明这些变种的计算能力都是等价的，即它们识别同样的种的计算能力都是等价的，即它们识别同样的语言类。证明两个计算模
61、型语言类。证明两个计算模型A和和B的计算能力的计算能力等价的基本思想是：用等价的基本思想是：用A和和B相互模拟，若相互模拟，若A可模拟可模拟B，且，且B可模拟可模拟A，显然它们的计算能，显然它们的计算能力等价。这里不考虑计算的效率，只考虑计算力等价。这里不考虑计算的效率，只考虑计算理论上的理论上的“可行性可行性”。控制器控制器输入设备输入设备运算器运算器（ALU）输出设备输出设备存储器存储器冯冯诺伊曼模型特点诺伊曼模型特点计算机完成任务是由事先编好的程序完成的。计算机完成任务是由事先编好的程序完成的。计算机的程序被事先输入到存储器中，程序运算计算机的程序被事先输入到存储器中，程序运算的结果也被
62、存放在存储器中。的结果也被存放在存储器中。计算机能自动连续地完成程序。计算机能自动连续地完成程序。程序运行所需要的信息和结果可以通过输入程序运行所需要的信息和结果可以通过输入/输输出设备完成。出设备完成。计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备所组成。输出设备所组成。输入设备输入设备输出设备输出设备运算器运算器控制器控制器硬件系统硬件系统软件系统软件系统系统软件系统软件应用软件应用软件微机微机系系 统统存储器存储器计算机软计算机软件由件由程序、程序、数据和有数据和有关的文档关的文档组成。组成。运算器运算器运算器又称运算器又称ALU（Arith
63、metic Logic Unit，算术逻辑单元），是计算机对数据进行加算术逻辑单元），是计算机对数据进行加工处理的部件，完成对二进制数的加、减、工处理的部件，完成对二进制数的加、减、乘、除等基本乘、除等基本算术运算算术运算和与、或、非等基和与、或、非等基本本逻辑运算逻辑运算。计算机所做的每一件事情都是一系列极其简单而又极其计算机所做的每一件事情都是一系列极其简单而又极其快速的算术运算和逻辑运算的结果。快速的算术运算和逻辑运算的结果。 运算器运算器运算器使用运算器使用寄存器寄存器保存正在处理的数据，保存正在处理的数据，运算结果可以暂存在运算器内，也可以运算结果可以暂存在运算器内，也可以送到指定的
64、内存单元。送到指定的内存单元。一般来说，寄存器的个数多一些，一般来说，寄存器的个数多一些，ALU中可以暂存的信息就多一些，从而减少中可以暂存的信息就多一些，从而减少了访问内存的次数，提高机器的工作速了访问内存的次数，提高机器的工作速度。度。 运算器运算器运算器一次能处理数据的字节数称为字运算器一次能处理数据的字节数称为字（word），一个字所包含的二进制位数称），一个字所包含的二进制位数称为字长。为字长。字长越长，计算机的处理能力就越强。字长越长，计算机的处理能力就越强。一般来说：一般来说： 大型机字长在大型机字长在128256位之间；位之间； 小型机字长在小型机字长在64128位之间；位之间
65、； 微型机字长在微型机字长在3264位之间。位之间。 控制器控制器控制器用来控制计算机各部件协调工作。控制器用来控制计算机各部件协调工作。控制器从内存中指定单元取指令进行译码，控制器从内存中指定单元取指令进行译码，然后根据该指令的功能向有关部件发出控然后根据该指令的功能向有关部件发出控制命令，执行该指令。另外，控制器在工制命令，执行该指令。另外，控制器在工作过程中还要接受各部件反馈回来的信息。作过程中还要接受各部件反馈回来的信息。控制器的基本组成控制器的基本组成程序计数器程序计数器用来对程序中的指令进行计数，用来对程序中的指令进行计数，使得控制器能够依次读取指令；使得控制器能够依次读取指令；指
66、令寄存器指令寄存器在指令执行期间暂存正在执行的在指令执行期间暂存正在执行的指令；指令；指令译码器指令译码器用来识别指令的功能，分析指令用来识别指令的功能，分析指令的操作要求，将指令翻译成控制信号；的操作要求，将指令翻译成控制信号；时序控制电路时序控制电路用来生成时序信号，以协调在用来生成时序信号，以协调在指令执行周期内各部件的工作；指令执行周期内各部件的工作；微操作控制电路微操作控制电路用来产生各种控制操作命令。用来产生各种控制操作命令。控制器的基本组成控制器的基本组成微操作命令微操作命令 下一条指令的地址下一条指令的地址指令寄存器指令寄存器 操作码操作码 地址码地址码时序控制电路时序控制电路指令译码器指令译码器 微程序控制电路微程序控制电路来自于内存的指令来自于内存的指令地址形成电路地址形成电路操作数地址操作数地址程序计数器程序计数器1控制器的基本组成控制器的基本组成微操作命令微操作命令 操作码操作码 地址码地址码 微程序控制电路微程序控制电路在执行指令阶段，控制器将指令转换为相应的控制信在执行指令阶段，控制器将指令转换为相应的控制信号，由于指令本身被嵌入了电路逻辑中，所以号，由于指
